2023高考物理一輪總復(fù)習(xí)第十二章振動(dòng)和波光相對(duì)論（選修3-4）第36講光的折射全反射課時(shí)達(dá)標(biāo)

PAGEPAGE2第36講光的折射全反射[解密考綱]主要考查光的折射和光的全反射，應(yīng)透徹理解折射率、臨界角、全反射的條件，掌握折射率、臨界角的計(jì)算．1．(2022·四川卷)如下圖，口徑較大、充滿(mǎn)水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，那么(D)A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大解析：光從水中進(jìn)入空氣，只要在沒(méi)有發(fā)生全反射的區(qū)域，就可以看到光線射出，所以A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤；光的頻率是由光源決定的，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)得，光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大，所以D項(xiàng)正確．2．關(guān)于光纖的說(shuō)法，正確的選項(xiàng)是(C)A．光纖是由高級(jí)金屬制成的，所以它比普通電線容量大B．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小C．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的D．在實(shí)際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能導(dǎo)光的解析：光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，是特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大．載有聲音、圖象及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射．光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)．在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的．3．實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，可見(jiàn)光通過(guò)三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨波長(zhǎng)λ的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：n＝A＋eq\f(B,λ2)＋eq\f(C,λ4)，其中A、B、C是正的常量．太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如下圖．那么(D)A．屏上c處是紫光B．屏上d處是紅光C．屏上b處是紫光D．屏上a處是紅光解析：根據(jù)n＝A＋eq\f(B,λ2)＋eq\f(C,λ4)知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越小，光線偏折越?。畯念}圖可知，d光偏折最厲害，折射率最大，應(yīng)是紫光；a光偏折最小，折射率最小，應(yīng)是紅光；D項(xiàng)正確．4．某物理興趣小組用實(shí)驗(yàn)探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，在其左上方豎直放置一個(gè)很大的光屏P，讓一復(fù)色光束SA射向玻璃磚的圓心O后，有兩束單色光a和b射向光屏P，如下圖．他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了以下四個(gè)猜測(cè)，你認(rèn)為正確的選項(xiàng)是(B)A．單色光a的波長(zhǎng)小于單色光b的波長(zhǎng)B．在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度C．單色光a通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間大于單色光b通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間D．當(dāng)光束SA繞圓心O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，在光屏P上最早消失的是a光解析：根據(jù)光的折射定律可知a光的折射率小于b光的折射率，那么a光的頻率小于b光的頻率，由λ＝eq\f(c,f)可知A項(xiàng)錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)可知B項(xiàng)正確；由于光在玻璃磚中傳播距離相同，根據(jù)t＝eq\f(R,v)可知C項(xiàng)錯(cuò)誤；由sinC＝eq\f(1,n)可知D項(xiàng)錯(cuò)誤．5．如下圖，在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直，過(guò)軸線的截面為等邊三角形，如下圖．有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合．玻璃的折射率為1.5，那么光束在桌面上形成的光斑半徑為(C)A．r B．1.5r C．2r D．2.5r解析：由n＝1.5，可知光線首先發(fā)生全反射，作出光路圖如下圖，由圖中幾何關(guān)系可得rtan60°＝(R＋r)tan30°，故R＝2r.C項(xiàng)正確．6．a(chǎn)、b兩種單色光組成的光束從介質(zhì)進(jìn)入空氣時(shí)，其折射光束如下圖．用a、b兩束光(C)A．先后照射雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)裝置，在縫后屏上都能出現(xiàn)干預(yù)條紋，由此確定光是橫波B．先后照射某金屬，a光照射時(shí)恰能逸出光電子，b光照射時(shí)也能逸出光電子C．從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣，其界面為平面，假設(shè)b光不能進(jìn)入空氣，那么a光也不能進(jìn)入空氣D．從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣，其界面為平面，a光的反射角比b光的反射角大解析：橫波與縱波均能發(fā)生干預(yù)現(xiàn)象，雙縫干預(yù)只能證明光具有波動(dòng)性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從題圖可看出a光折射率較大，頻率也較大，a光照射某金屬時(shí)恰能逸出光電子，b光的頻率低于該金屬的極限頻率，b光照射時(shí)一定不能逸出光電子，B項(xiàng)錯(cuò)誤；a光折射率較大，發(fā)生全反射的臨界角較小，以相同角度入射，b光已發(fā)生全反射，a光一定發(fā)生全反射，C項(xiàng)正確；由于入射角相同，由反射定律知反射角也相同，D項(xiàng)錯(cuò)誤．7．(2022·浙江杭州模擬)如下圖，一半圓形玻璃磚半徑R＝18cm，可繞其圓心O在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，M為一根光標(biāo)尺，開(kāi)始時(shí)玻璃磚的直徑PQ與光標(biāo)尺平行．一束激光從玻璃磚左側(cè)垂直于PQ射到O點(diǎn)，在M上留下一光點(diǎn)Q1.保持入射光方向不變，使玻璃磚繞O點(diǎn)逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，光點(diǎn)在標(biāo)尺上移動(dòng)，最終在距離O1點(diǎn)h＝32cm處消失．O、O1間的距離l＝24cm，光在真空中傳播速度c＝3.0×108(1)玻璃磚的折射率n；(2)光點(diǎn)消失后，光從射入玻璃磚到射出過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間t.解析：(1)發(fā)生全反射時(shí)光路如下圖，tanθ＝eq\f(h,l)＝eq\f(4,3)全反射臨界角C＝eq\f(π,2)－θ玻璃的折射率n＝eq\f(1,sinC)＝eq\f(5,3)＝1.67(2)光在玻璃中傳播的速度v＝eq\f(c,n)全反射時(shí)光穿過(guò)玻璃磚的時(shí)間t＝eq\f(2R,v)＝2×10－9s答案：(1)1.67(2)2×10－9s8．(2022·全國(guó)卷Ⅱ)如下圖，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點(diǎn)射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點(diǎn)射出．假設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)的折射角相等．(1)求三棱鏡的折射率；(2)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出？寫(xiě)出分析過(guò)程．(不考慮屢次反射)解析：(1)光路圖如下圖，圖中N點(diǎn)為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點(diǎn)．設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角為i、折射角為r，在M點(diǎn)的入射角為r′、折射角依題意也為i，有i＝60°①由折射定律有sini＝nsinr②nsinr′＝sini③由②③式得，r＝r′④OO′為過(guò)M點(diǎn)的法線，∠C為直角，OO′∥AC.由幾何關(guān)系有∠MNC＝r′⑤由反射定律可知∠PNA＝∠MNC⑥聯(lián)立④⑤⑥式得∠PNA＝r⑦由幾何關(guān)系得r＝30°⑧聯(lián)立①②⑧式得n＝eq\r(3)⑨(2)設(shè)在N點(diǎn)的入射角為i′，由幾何關(guān)系得i′＝60°⑩此三棱鏡的全反射臨界角滿(mǎn)足nsinC＝1?由⑨⑩?式得i′>C?此光線在N點(diǎn)發(fā)生全反射，三棱鏡的AC邊沒(méi)有光線透出．答案：見(jiàn)解析9．(2022·湖北黃岡模擬)如下圖為一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中裝一定量的水，在容器底部有一單色點(diǎn)光源，水對(duì)該光的折射率為eq\f(4,3)，玻璃對(duì)該光的折射率為1.5，容器底部玻璃的厚度為d，水的深度也為d.求：(1)該光在玻璃和水中傳播的速度(光在真空中的傳播速度為c)；(2)水面形成的光斑的面積(僅考慮直接由光源發(fā)出的光線)．解析：(1)由v＝eq\f(c,n)得，光在水中的速度為v1＝eq\f(3,4)c，光在玻璃中的速度為v2＝eq\f(2,3)c.(2)根據(jù)幾何關(guān)系畫(huà)出光路圖，如下圖．光恰好在水和空氣的分界面發(fā)生全反射時(shí)sinC＝eq\f(1,n1)＝eq\f(3,4)，在玻璃與水的分界面上，由相對(duì)折射關(guān)系可得eq\f(sinC,sinθ)＝eq\f(n2,n1)，解得sinθ＝eq\f(2,3)代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出光斑的半徑r＝d(tanθ＋ta